Coherence - एक ... सुसंगत प्रकाश छालहरू। अस्थायी coherence

ठाउँ मा एक लहर propagating विचार गर्नुहोस्। Coherence - विभिन्न अंक मा मापन यसको चरणहरु बीच सम्बन्ध को एक उपाय। Coherence लहर यसको स्रोत को विशेषताहरु निर्भर गर्दछ।

coherence दुई प्रकार

का एक सरल उदाहरण विचार गरौं। बढ्दो र झर्ने पानी सतह मा, दुई फ्लोट कल्पना गर्नुहोस्। को लहर स्रोत मात्र छडी harmonically जोडतोडले र पानी सतह को शान्त सतह तोडने पानी हटाइएको जो कि मान। यसरी दुई नाउहरु को आन्दोलनहरु बीचको सिद्ध सम्बन्ध छ। तिनीहरू ठीक चरण मा, एक अप गएपछि अन्य तल सार्न सक्दैन र तल, तर दुई नाउहरु को स्थिति बीच चरण फरक समयमा स्थिर छ। Harmonically oscillating बिन्दु स्रोत बिल्कुल उत्पादन सुसंगत लहर।

ज्योति छालहरू को coherence वर्णन गर्दा यसको दुई प्रकार भेद - स्थानिक र अस्थायी।

Coherence उत्पादन हल्का को क्षमता बुझाउँछ एक हस्तक्षेप ढाँचा। यदि दुई प्रकाश छालहरू सँगै ल्याए छन्, र तिनीहरूले वृद्धि को क्षेत्रमा सिर्जना छैन र चमक घट्यो, तिनीहरूले incoherent भनिन्छ। तिनीहरूले "आदर्श" हस्तक्षेप ढाँचा (पूर्ण विनाशकारी हस्तक्षेप क्षेत्रको अर्थमा) को उत्पादन भने, तिनीहरू पूर्णतया सुसंगत छन्। दुई छालहरू तस्वीर "सिद्ध भन्दा कम" सिर्जना भने, तिनीहरूले आंशिक सुसंगत छन् कि मानिन्छ।

Michelson Interferometer

Coherence - सर्वोत्तम प्रयोग गरेर व्याख्या भएको एक घटना।

Michelson मा स्रोत एस (सक्छ कुनै पनि हुन जो: सूर्य, तारा, वा लेजर) बाट प्रकाश Interferometer एक अर्धपारदर्शी दर्पण एम _0, दर्पण एम ₁ तिर ज्योति को 50% प्रतिनिधित्व र 50% पहुंचाता दर्पण एम ₂ तिर जो मा निर्देशित _छ। बीम फिर्ता एम ₀ गर्न दर्पण हरेक प्रतिबिम्बित _छ, र हल्का को बराबर अंश को एम ₁ देखि प्रतिबिम्बित र एम ₂ संयुक्त र अनुमान _{गर्दै} एक स्क्रिन बी को यन्त्र स्प्लिटर बीम गर्न दर्पण एम ₁ देखि दूरी परिवर्तन गरेर कन्फिगर गर्न सकिँदैन मा।

Michelson Interferometer अनिवार्य समय-ढिलाइ आफ्नै संस्करण संग बीम घोला जान सक्छ। को दर्पण एम ₁ बाटो मा बित्दै प्रकाश थप दर्पण एम ₂ उत्प्रेरित गर्छ कि एक बीम भन्दा 2D मा दूरी जाने _छ।

लम्बाइ र coherence समय

के स्क्रिनमा अवलोकन छ? d = जब 0 हस्तक्षेप fringes धेरै स्पष्ट को एक नम्बर देख्न सकिन्छ। घ वृद्धि हुन्छ, यो ब्यान्ड कम उच्चारण हुन्छ: अन्धकारमा क्षेत्रमा उज्जवल, र प्रकाश - अधिक धुंधला। अन्तमा, धेरै ठूलो घ, डी को एक निश्चित महत्वपूर्ण मूल्य अधिक लागि, ज्योति र गाढा छल्ले पूर्ण, केवल एक धमिलो छोडेर गायब।

समय ढिलाइ पर्याप्त ठूलो हुँदा प्रस्ट छ, ज्योति क्षेत्र समय-ढिला नै संस्करण हस्तक्षेप गर्न सक्दैन। दूरी 2D - यो coherence लम्बाइ छ: हस्तक्षेप प्रभाव सजिलै देखिने मात्र जब यो दूरी कम मार्गमा फरक। यो मूल्य द्वारा _ग यसको विभाजन टी समयमा परिवर्तित गर्न सकिन्छ प्रकाश को गति टी _ग = 2D / C: ग।

नै एक ढिलाइ संस्करण हस्तक्षेप गर्न यसको क्षमता: Michelson प्रयोग ज्योति लहर को अस्थायी coherence उपाय। राम्ररी स्थिर लेजर टी _ग = 10 ^-4 को, एल _ग = 30 km; गर्मी टी _ग = ^{-8 10,} एल _ग = 3 मिटर देखि फिल्टर प्रकाश।

Coherence र समय

अस्थायी coherence - को प्रसार निर्देशन साथ विभिन्न अंक मा प्रकाश छालहरू को चरणहरु बीच सम्बन्ध को एक उपाय।

मान स्रोत ठाउँ केही बिन्दुमा एक दूरी एल _ग = λ ² / (2πΔλ) मा हस्तक्षेप हुनेछ जो λ र λ ± Δλ, एक तरङलम्बाइ emits। जहाँ एल _सी - coherence लम्बाइ।

एक्स दिशा मा एक लहर propagating को चरण च = KX रूपमा परिभाषित गरिएको छ - ωt। हामी एक दूरी एल _सी मा समय टी मा अन्तरिक्ष मा चित्रा छालहरू विचार _भने, दुई लहर vectors को K ₁ र _{2 कश्मीर,} जो एक्स = 0 मा चरण हो बीच चरण फरक Δφ = एल _सी (- K ₂ K ₁₎ बराबर _छ। जब Δφ = 1, वा Δφ ~ 60 °, ज्योति अब सुसंगत छ। हस्तक्षेप र diffraction भिन्नता मा एक महत्वपूर्ण प्रभाव छ।

यसरी:

• 1 = एल _सी (K ₁ - K _{2) = एल सी (2π / λ} - 2π / (λ + Δλ));
• _{एल सी (λ + Δλ - λ} ) / (λ (λ + Δλ)) ~ एल सी Δλ / λ ² = 1 / 2π;
• एल _ग = λ ² / (2πΔλ)।

को लहर एक वेग ग संग स्पेस मार्फत बित्दै।

को coherence समय टी _ग = एल _सी / एस। λf = ग देखि, त्यसपछि Δf / च = Δω / ω = Δλ / λ। हामी लेख्न सक्छ

• एल _ग = λ ² / (2πΔλ) = λf / ( 2πΔf) = सी / Δω;
• टी _ग = 1 / Δω।

ज्ञात भने तरङलम्बाइ वा प्रकाश स्रोत को प्रसार को आवृत्ति, यो एल _सी र टी _ग गणना गर्न सम्भव _छ। यो अप्टिकल बाटो फरक एल _सी भन्दा एकदम ठूलो छ यदि आयाम, विभाजन गरेर प्राप्त हस्तक्षेप ढाँचा, यस्तो पातलो फिलिम हस्तक्षेप रूपमा पालन गर्न असम्भव _छ।

अस्थायी coherence स्रोत काला भन्छन्।

Coherence र ठाउँ

स्थानिक coherence - transverse प्रसार को दिशा विभिन्न अंक मा प्रकाश छालहरू को चरणहरु बीच सम्बन्ध को एक उपाय।

जब monochromatic थर्मल (रैखिक) स्रोत जसको रैखिक δ क्रम को आयाम देखि दूरी एल, एक दूरी मा स्थित दुई स्लट ठूलो डी _सी = 0,16λL / δ भन्दा अब एक चिन्न हस्तक्षेप ढाँचा उत्पादन। πd _ग ^2/4 को coherence स्रोत को क्षेत्र छ।

समयमा टी स्क्रिनबाट दूरी एल लम्ब disposed चौडाई δ स्रोत हेर्नुहोस् भने, स्क्रिनमा दुई अंक (P1 र p2), एक दूरी घ द्वारा विभाजित देख्न सक्छौं। को P1 र p2 मा बिजुली क्षेत्र स्रोत, प्रत्येक अन्य जोडिएको छ जो छैन विकिरण सबै अंक उत्सर्जित को छालहरू को बिजुली क्षेत्रहरू को superposition प्रतिनिधित्व गर्दछ। गर्न विद्युत छालहरू विद्यमान P1 र p2, superposition P1 मा एक चिन्न हस्तक्षेप ढाँचा सिर्जना र p2 चरण हुनुपर्छ।

coherence अवस्था

प्रकाश छालहरू स्रोत को दुई किनारा द्वारा बेग्लै चमक, समय टी केही बिन्दुमा दुई अंक बीच केन्द्र मा सिधै केही चरण फरक छ। (Sinθ) / 2 केन्द्र शीर्षक बीम भन्दा टाढा घ मा पारित गर्न एक बिन्दु P2 गर्न δ को बायाँ किनारा देखि आ बीम। P2 दर्शाउन δ को सही किनारा देखि आ बीम को trajectory, / 2 कम बाटो घ (sinθ) मा बित्दै। दूरी मा फरक · किया छ sinθ दुई बीम लागि यात्रा र चरण फरक Δf 'प्रतिनिधित्व = 2πd · sinθ / λ। को लहर अगाडि साथ P2 गर्न P1 देखि दूरी लागि, हामी Δφ = 2Δφ प्राप्त '= 4πd · sinθ / λ। स्रोत को दुई किनारा द्वारा उत्सर्जित को छालहरू, समय टी मा P1 संग चरण मा हो र p2 मा 4πdsinθ / λ क्षेत्रमा चरण बाहिर छन्। पछि sinθ ~ δ / (2L), त्यसपछि Δφ = 2πdδ / (Lλ)। जब Δφ = Δφ 1 वा 60 ~ °, ज्योति अब सुसंगत मानिन्छ।

Δφ = 1 -> घ = Lλ / (2πδ) = 0,16 Lλ / δ।

भने wavefront चरण सजातीयता को स्थानिक coherence।

गरमागरम दीपक incoherent प्रकाश स्रोत को एउटा उदाहरण हो।

हामी विकिरण को सबै भन्दा छोड्न भने सुसंगत प्रकाश, incoherent विकिरण स्रोत प्राप्त गर्न सकिन्छ। पहिलो स्थानिक फिल्टर को स्थानिक coherence वृद्धि गर्न गरिन्छ, र ठूलो अस्थायी coherence लागि त स्पेक्ट्रल फिल्टरिङ।

Fourier श्रृंखला

सिनुसोइडल विमान लहर पूर्ण ठाउँ र समयमा सुसंगत, र समय को आफ्नो लम्बाइ र coherence क्षेत्र अनन्त। सबै वास्तविक छालहरू एक परिमित समय अन्तराल लागि स्थायी, र प्रसार को आफ्नो निर्देशन लम्ब अन्त भएको लहर दलहन छन्। गणितीय, तिनीहरूले एक आवधिक समारोह द्वारा वर्णन छन्। को आवृत्तियों को लहर दलहन र एक coherence लम्बाइ Δω गैर-आवधिक कार्य विश्लेषण गर्न आवश्यक छ निर्धारण लागि वर्तमान फेला पार्न।

Fourier विश्लेषण अनुसार, एक मनपरी आवधिक लहर साइन छालहरू एक superposition रूपमा मानिन्छ गर्न सकिन्छ। Fourier संश्लेषण सिनुसोइडल छालहरू एक अधिकता को superposition एक मनपरी आवधिक तरंग प्राप्त गर्न अनुमति दिन्छ भन्ने हो।

संचार तथ्याङ्क

यो तथ्याङ्क मेकानिक्स को संघ छ विद्युत सिद्धान्त र तथ्याङ्क, साथै तथ्याङ्क मेकानिक्स एक विलय को परिणाम हो देखि Coherence सिद्धान्त, भौतिक र अन्य विज्ञान को जडान रूपमा छलफल गर्न सकिन्छ। यस सिद्धान्त विशेषताहरु र प्रकाश क्षेत्रहरू व्यवहारलाई मा अनियमित उतार चढाव को प्रभाव quantify गर्न प्रयोग गरिन्छ।

सामान्यतया यो सीधा लहर क्षेत्र को उतार चढाव मापन गर्न असम्भव छ। व्यक्तिगत "माथि र तल" देखिने प्रकाश पत्ता गर्न सकिँदैन सीधा, वा परिष्कृत साधन संग: यसको आवृत्ति प्रति सेकेन्ड लगभग अक्टोबर ¹⁵ oscillations छ। तपाईं औसत मात्र मापन गर्न सक्नुहुन्छ।

coherence को आवेदन

coherence उदाहरणको रूपमा भौतिक र अन्य विज्ञान को जडान आवेदन को एक नम्बर मा लगाया जान सक्छ। आंशिक सुसंगत क्षेत्रहरू कम, जुन उनलाई लेजर संचार लागि उपयोगी बनाउँछ वायुमंडलीय कोलाहल, प्रभावित छन्। तिनीहरूले पनि लेजर-गराइएको फ्युजन प्रतिक्रिया को अध्ययन मा प्रयोग गरिन्छ: हस्तक्षेप प्रभाव थर्मोन्यूक्लियर लक्ष्य मा बीम को कार्य "चिकना" को लागि अग्रणी को एक कमी। Coherence तारा बाइनरी प्रणाली को आकार र निर्धारण निर्धारण गर्न विशेष प्रयोग गरिन्छ।

प्रकाश छालहरू को Coherence क्वांटम र शास्त्रीय क्षेत्रहरू को अध्ययन महत्त्वपूर्ण भूमिका खेल्छ। 2005 मा, रय जे Glauber अप्टिकल coherence को क्वांटम सिद्धान्त आफ्नो योगदान लागि भौतिकी मा नोबेल पुरस्कार को विजेता को एक भए।